电渣重熔体系内熔渣流场的数学模拟

建立了电渣重熔体系内电磁力作用下溶体流场的数学模型，并将其应用于在结晶器直径为２００ｍｍ的实验装置上以ＣａＦ２＋３０ｍａｓｓ％Ａｌ２Ｏ３＋２０ｍａｓｓ％ＣａＯ系熔渣进行的低碳低合金钢重熔过程（电极值径７６ｍｍ，３０００Ａ（ｒｍｓ））。合理选取参数值，计算了电磁力作用下体系内渣池的流场，结果表明，在电磁作用下，渣池内形成沿结晶器壁向上，经熔渣自由表面和电极端部锥面又沿体系对称轴向下流动的两个旋涡，最     

电渣重熔体系内磁场的数学模拟

基于Ｍａｘｗｅｌｌ方程组及有关的电磁场理论，提出了更切合实际情况的电渣重熔体系内磁场的数学模型，并应用于结晶器直径２００ｍｍ的实验室重熔装置．对直径７６ｍｍ低碳低合金钢电极的重熔过程（３０００Ａ（有效值），ＣａＦ２＋３０ｍａｓｓ％Ａｌ２Ｏ３＋２０ｍａｓｓ％ＣａＯ渣系），结果表明，磁场强度的幅模在电极内沿端部锥体形成方向不断增大，至接近锥顶处达最大值，约为２．６×１０４Ａ／ｍ，此后在渣池、锭子熔池、液固两相区和固态锭子内沿轴向向下逐渐减小；沿半径方向，在电极和渣池内呈现一峰值，在液、固金属区内则单调增大至边界条件限定值．对在直径１４０ｍｍ的结晶器中以直径８０ｍｍ的电极和ＣａＦ２＋ＣａＯ＋Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ渣系生产高速钢（Ｍ２）锭的过程，以该模型估计的重熔体系渣池和金属熔池内磁场强度（幅模）的大小和分布与实测结果较相吻合．该模型可作为研究电渣重熔体系内熔体流动，传热和传质过程的基础．     

电渣重熔用CaF_2＋Al_2O_3和CaF_2＋Al_2O_3＋CaO系熔渣传氧的研究

利用ＺｒＯ_２固体电解质氧浓差电池测定了电渣重熔用ＣａＦ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３和ＣａＦ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３＋ＣａＯ系熔渣的氧渗透率，考察了熔渣成分及温度对熔渣传氧性能的影响．在１６７３—１８７３Ｋ和０．１ＭＰａ的氧气氛下，侧得这两个渣系熔渣的氧渗透率分别为１×１０－（２０）—６×１０－（１９）和１×１０￣（２１）—５×１０￣（１８）ｍｏｌＯ_２·ｃｍ￣（－１）·ｓ￣（－１）；随ＭｎＯ_２，Ｆｅ_２Ｏ_３，Ｃｒ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２，ＣａＦ_２含量和碱度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）的增高，熔渣的氧渗透率增大，ＭｎＯ_２和Ｆｅ_２Ｏ_３的影响尤为显著；随温度的升高，熔渣的氧渗透率增大，且可按速率过程来处理ＣａＦ２基多元复杂熔渣的传氧过程。     

电渣重熔用CaF2＋Al2O3和CaF2＋Al2O3＋CaO系熔渣传氧的研究

利用ＺｒＯ２固体电解质氧浓差电池测定了电渣重溶用ＣａＦ２＋Ａｌ２Ｏ３和ＣａＦ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＣａＯ系熔渣的氧渗透率，考察了熔渣成分及温度对熔渣传氧性能的影响。在１６７３－１８７３Ｋ和０．１ＭＰａ的氧气氛下，测得这两个渣系熔渣的氧渗透率分别为１×１０＾－２０－６×１０＾－１９和１×１０＾－２１－５×１０＾－１８ｍｏｌＯ２．ｃｍ＾－１．ｓ＾－１；随ＭｎＯ２，Ｆｅ２Ｏ３，Ｃｒ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＣａＦ２含     

电渣熔铸过程渣池流场的模拟研究

电渣熔铸过程中熔渣的流动决定了熔铸体系温度场的分布以及金属熔池的形状，最终影响熔铸钢锭的质量。采用大型通用有限元分析软件ANSYS，对电渣熔铸体系渣池流场进行了模拟研究，所得结果与物理模拟实验结果完全一致。并以此为基础，研究了熔铸电流、填充比和电极端部形状对熔渣流速分布的影响，为实际生产提供了依据。     

电渣熔铸过程渣池流场的模拟研究

电渣熔铸过程中熔渣的流动决定了熔铸体系温度场的分布以及金属熔池的形状,最终影响熔铸钢锭的质量。采用大型通用有限元分析软件ANSYS,对电渣熔铸体系渣池流场进行了模拟研究,所得结果与物理模拟实验结果完全一致。并以此研究了熔铸电流,填充比和电极端部形状对熔渣流速分布的影响,为实际生产提供了依据。     

结晶器旋转对电渣钢锭中氧化铝夹杂的影响

设计了结晶器可旋转的电渣炉,并研究了不同的结晶器旋转速度对电渣钢锭中氧化铝夹杂物去除的能力。结果表明,当结晶器旋转速度为0~28 r/min时,随着结晶器旋转速率的增加,电渣钢锭中的氧化铝夹杂尺寸逐渐变小。其主要原因是结晶器的旋转促进了金属液滴尺寸的细化,扩大了金属液滴与渣池的接触面积,改善了渣-钢反应的动力学条件;同时渣池的运动也会带动金属液滴在渣池的运动,使金属液滴在渣池中运动路线更长,停留时间更长,能充分与熔渣反应,动力学条件更好。但是当结晶器旋转速度进一步增加至35 r/min,夹杂物的尺寸反而进一步增加,主要原因是过高的运动速度导致金属液滴及金属熔池的激烈运动,反而将熔渣带入钢液中,降低电渣重熔的精炼能力。     

含FeO熔渣的起泡过程及起泡参数间关系分析

对ＣａＯ－ＳｉＯ２－Ａｌ２Ｏ３－ＦｅＯ熔渣在石墨还原过程中的起泡行为的分析表明，熔渣的起泡率受渣中气体的产生速度及熔渣的起泡指数影响；熔渣的起泡指数随渣中气泡直径的增大而减小；随熔渣碱度的减小，泡沫渣的平均寿命延长，泡末化愈稳定。     

CaO－SiO_2－Al_2O_3－FeO熔渣起泡行为的研究

在１５００℃下，用Ｘ射线透视装置研究了ＣａＯ－ＳｉＯ_２－Ａｌ_２Ｏ_３－ＦｅＯ熔渣被石墨还原过程中渣的起泡行为，测定了熔渣的起泡指数和起泡率等参数．结果表明，随熔渣碱度上升，其起泡率增大而起泡指数却下降．同时考察了ＭｇＯ，ＣａＦ_２，Ｎａ_２Ｏ等添加物对熔渣起泡行为的影响．通过对熔渣起泡指数的因次分析得到，熔渣起泡指数与熔渣粘度，密度，表面张力及重力加速度ｇ有如下关系：     

电渣熔铸曲轴复合结晶器的设计

传统电渣熔铸结晶器多为纯铜中空圆柱体,结构简单,一般由一个结晶器和底板组成,铸件成圆柱体,可为下道工序提供高质量坯料。 本文根据曲轴结构,设计多块异型结晶器,组成复合结晶器,配合托盘小车,采用熔铸工艺,一次铸一拐,分次熔铸各拐连成一体制成曲轴。 熔铸机理:将高碱度熔渣熔化至熔融态,倒入结晶器,自耗电极插入渣池送电,靠双极串联与熔渣形成回     

电渣熔铸渣池热电场有限元模拟的前置处理

对电渣熔铸渣池进行了热电场有限元模拟的前置处理,建立了电渣熔铸渣池热电场数学模型,定义了以自耗电极、渣壳、水冷结晶器、渣池为对象的计算区域.借助大型有限元软件ANSYS,对计算区域进行了合理的单元、插值函数选取以及网格划分,研究发现渣池存在两个区域:一是温度很高、电流密度很大且分布很不均匀的小区域,位于自耗电极端部附近,为高热源区,另一是电流密度小且分布几乎均匀的大区域,为低热源区.     

三相电极电渣重熔系统中的磁流体流动和传热分析

建立了三相电极电渣重熔的全耦合三维非稳态模型,研究了电渣炉内的电磁现象、两相流动、传热以及凝固现象。其结果表明:大量的电流流经金属熔滴和熔渣,极少数的电流流经凝固锭。焦耳热功率密度的最大值出现在电极周围和金属熔滴中。高温区位于渣池上部的中心,渣池的平均温度随电流的增大而升高。金属熔池为扁平的U形轮廓,当电流升高时熔池加深并且加宽。     

拉速对板坯倒角结晶器钢液流动的影响

为研究凝固坯壳影响时拉速变化对板坯倒角结晶器内流场和温度场的影响,通过数值模拟和物理模拟研究相结合的方法,建立了板坯倒角结晶器流动、传热及凝固三维数学模型和相似比为1∶1的断面尺寸为1 490 mm×230 mm的板坯倒角结晶器物理模型。数值模拟和物理模拟流场形态及液面相同位置流速结果进行的对比分析表明了数模和水模试验结果趋势的一致性;拉速变化对倒角结晶器内流场及温度场的数值影响明显,但对整体形态影响不大;拉速增大到1.7 m/min时液面流速过快、波动剧烈,极易出现卷渣;拉速增大会强化钢液流股对窄面凝固坯壳的冲击,导致坯壳重熔减薄;在本试验研究范围内以1.5 m/min拉速进行生产能够取得较好的综合效果。     

Effects of electrode immersion depth and remelting rate on electroslag remelting process

In the electroslag remelting process, the electrode molten state is a critical factor determining the ingot quality, while the electrode immersion depth and melting rate are key factors for the stability of the electroslag re-melting process. Studies were carried out to investigate the microscopic and macroscopic effects of electrode immersion depth and melting rate on the potential distribution and heat density in the slag bath, and on the depth and shape of the molten bath. Based on the finite element method and the numerical solution method, the effect of the electrode immersion depth on the slag bath heat density was researched; the relationship between the electrode immersion depth and the slag resistance was obtained; and the unsteady-state model of the solidification process of the re-melting ingot was solved using the finite difference method. The mathematical model and physical model of the electrode melting process were established and solved; and the corresponding curves between the electrode molten-state and slag-bath physical parameters were obtained. The experimental results verified the simulated results studied in this paper.     

板坯电磁连铸结晶器内钢/渣界面波动及流动行为的数值模拟

建立了板坯电磁连铸结晶器内钢/渣界面波动行为的三维数学模型,利用数值模拟方法研究了磁场与流场耦合作用下不同工艺参数和电磁参数对结晶器内钢/渣界面波动行为及流场的影响,通过VOF方法对不同条件下的钢/渣界面进行捕捉,讨论不同磁极位置、水口倾角、拉速及线圈电流强度对结晶器内钢/渣界面波动行为和流动的影响。模拟结果表明：电磁制动的施加可以显著降低钢/渣界面波高,减小射流对结晶器窄面的冲击。拉速和水口浸入深度恒定时,磁极位置和水口角度直接影响结晶器内流场形式：当[P＝]40 mm时,增加线圈电流可以降低结晶器内钢/渣界面波高和表面流速,从而减小由液面波动引发卷渣的概率;当磁极距离水口较远时[（P＝]80 mm）,随着线圈电流强度的增大,水口射流的冲击方向向上偏转,引起上回流的流动强度增强,导致钢/渣界面波高增加,增大卷渣发生的概率。     

Effect of vibrating electrode on temperature profiles,fluid flow,and pool shape in ESR system based on a comprehensive coupled model

The vibrating electrode method was proposed in the electro-slag remelting(ESR) process in this paper,and the effect of vibrating electrode on the solidification structure of ingot was studied.A transient threedimensional(3D) coupled mathematical model was established to simulate the electromagnetic phenomenon,fluid flow as well as pool shape in the ESR process with the vibrating electrode.The finite element volume method is developed to solve the electromagnetic field using ANSYS mechanical APDL software.Moreover,the electromagnetic force and Joule heating are interpolated as the source term of the momentum and energy equations.The multi-physical fields have been investigated and compared between the traditional electrode and the vibrating electrode in the ESR process.The results show that the drop process of metal droplets with the traditional electrode is scattered randomly.However,the drop process of metal droplets with the vibrating electrode is periodic.The highest temperature of slag layer with the vibrating electrode is higher than that with the traditional electrode,which can increase the melting rate due to the enhanced heat transfer in the vicinity of the electrode tip.The results also show that when the amplitude and frequency of the vibrating electrode increase,the cycle of drop process of metal droplets decreases significantly.     

Effects of electrode configuration on electroslag remelting process of M2 high-speed steel ingot

The electrode configuration determines the thermophysical field during the electroslag remelting(ESR) process and affects the final microstructure of the ingot. In this work, ingot with a diameter of 400 mm was prepared with two electrode configuration modes of single power ESR process, namely one electrode(OE) and two series-connected electrodes(TSCE). Finite element simulation was employed to calculate the electromagnetic field, flow field and temperature field of the ESR system. The results show that the temperature of the slag pool and the metal pool of the TSCE process is lower and more uniform than that of the OE process.The calculated temperature distribution of the ingot could be indirectly verified from the shape of the metal pool by the experiment. The experimental results show that the depth of the metal pool in the OE ingot is about 160 mm, while the depth of the TSCE ingot is nearly 40 mm shallower than that of the OE ingot. Microstructural comparisons indicate that coarse eutectic carbides are formed in the center of the OE ingot, whereas more even eutectic carbides appear in the center of the TSCE ingot. In general, compared with the OE process, the TSCE process is preferred to remelt high speed steel ingots.     

连铸结晶器内卷渣过程的数学模型

基于功能原理和速度边界层理论,建立了一个数学模型来研究结晶器内渣金卷混机理,提出了引起界面卷渣的钢液临界流速和渣滴直径计算公式,并利用物理模型进行了验证。结果表明：钢液临界流速决于渣钢密度、粘度和它们之间的界面张力,在实际生产中,钢液临界流速为０．５－０．８ｍ／ｓ,产生的渣滴直径约为３ｍｍ。     

数值模拟电极缩孔对IN718合金电渣重熔过程的影响

利用自主开发的ESR过程仿真软件,针对直径430 mm的IN718合金铸锭,通过设计不同形状尺寸的电极缩孔,进行电渣重熔过程的数值模拟计算和分析。结果表明,基于电磁场、流场和温度场等多物理场耦合计算自主开发的ESR数学模型及仿真软件,可以用于ESR冶炼全过程数值模拟,模型计算的熔池形状和深度、二次枝晶臂间距分布规律与实际剖锭分析结果接近。电极中存在缩孔改变了电极与渣池的接触面积,从而显著影响渣池的焦耳热和电磁力分布,而缩孔沿电极轴向尺寸的变化对二者分布的影响则很少。在恒熔速条件下,当缩孔半径小于0.025 m时,缩孔对熔炼过程几乎没有影响;当缩孔尺寸继续增大时,渣池温度场和流场发生明显改变,渣池温度逐步升高,中心向下流速相对减弱;电极缩孔尺寸变化对熔池温度场及两相区尺寸影响不明显。缩孔半径尺寸对电流和功率等熔炼参数的影响呈非线性关系,临界变化值约为0.05 m,当缩孔半径低于临界值时,对电流和功率等影响较小;高于临界值时,随着缩孔半径增加,电流和功率显著增加,并且增速不断加快。从工艺过程控制稳定性角度而言,该尺寸电极缩孔半径应控制在0.05 m以下。